Panorama des applications des blockchains à l’énergie

12/05/2018
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Panorama des applications des blockchains à l’énergie

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66 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 Introduction Depuis fin 2015, une fièvre média- tique s’est emparée de la technologie blockchain et de ses usages dans le domaine de l’énergie : les preuves de concept et les expérimentations se mul- tiplient partout dans le monde. Les pre- mières idées fondées sur le bitcoin ont émergé dès 2011, avec peu d’écho. Le bitcoin a été ainsi utilisé directement pour le paiement de l’électricité par des compteurs numériques (Bankymoon et Eskom, Afrique du Sud). D’autres initia- tives ont conduit à la création de mon- naies numériques dédiées à un mode de production d’énergie pour en favoriser le développement, selon une démarche inspirée du financement participatif, tel Solarcoin. Mais l’utilisation de cette cryp- tomonnaie spécifique n’est pas encore significative dans le domaine de l’énergie. L’émergence de blockchains ca- pables d’exécuter du code plus riche en fonctionnalités (ex. Hyperledger et Ethereum) a élargi le champ des pos- sibles. A partir de 2016, Ethereum est devenue la technologie de base la plus employée dans le domaine de l’énergie. Elle apporte les outils nécessaires à la mise en œuvre des contrats auto-exé- cutables [DENA, 2016]. Les premières expérimentations médiatisées de block- chain avec contrats remontent à février 2016, alors que la blockchain Ethereum n’a pas six mois d’existence. Il s’agit en particulier d’une expérience d’échange d’énergie solaire entre quelques mai- sons à Brooklyn aux USA (projet Brooklyn microgrid de LO3 Energy) et d’une proposition de technologie de paiement de charge de véhicules élec- triques en Allemagne (RWE et Slock.it, système de transaction BlockCharge uti- lisant Ethereum). Début 2016, moins d’une dizaine de startups blockchain dédiées au domaine de l’énergie étaient identifiées [EWF, 2016]. A partir d’avril 2016, « Blockchain et énergie » devient le thème de plu- sieurs concours d’innovation1 . Le sujet est relayé par des leaders d’opinion. Il apparaît rapidement dans les discours des acteurs politiques locaux et natio- naux en France. Ainsi, en mai 2016, Alain Juppé, alors en campagne pour la primaire de la droite annonçait : « … les blockchains devraient révolu- tionner notre monde, notamment dans la production et l’échange d’électricité. 1 Par exemple, “GTEC blockchain Innovation Award”, “challenge for the application of block- chain solutions for Energy trading for the power and energy sectors”, etc… Panorama des applications des blockchains à l’énergie Gilles Deleuze1 , Sara Tucci2 1 Chercheur senior, analyse des risques des systèmes à la R&D d’EDF, Chef du projet DURIN (Design & Use Reliable blockchains), 2 Chef du Laboratoire Systèmes information de confiance, intelligents, auto-organisants, CEA LIST This article gives an overview of the use of block- chains in the field of energy. The term “energy domain” includes distribution, storage and exchanges of energy, including electricity, heat, fluids and gas. From 2016, the emergence of blockchains capable of executing a more feature-rich code than that of Bitcoin (e.g. Hyperledger or Ethereum) has widened the range of possibilities for decen- tralization and sharing, and opportunities to shake up exis- ting models and actors as well. In a first part, the article analyzes the potential uses of block- chains in the field of energy. A categorization is proposed along four successive levels of development. In a second part, we address a subject, sometimes contro- versial, i.e. the link between energy and blockchains, due to the electrical consumption of the mining. Finally we propose a short analysis of technological locks and vulnerabilities. The case of energy is complex; this pro- mising but still immature technology could suffer from a too early and insufficiently controlled deployment. ABSTRACT Cet article présente un panorama des usages des blockchains dans le domaine de l’énergie. Le terme « domaine de l’énergie » concerne ici la distribu- tion, le stockage, les échanges d’énergie, dont l’électricité, la chaleur, les fluides et le gaz. A partir de 2016, l’émergence de blockchains capables d’exécuter un code plus riche en fonctionnalités que celui de Bitcoin (par ex. Hyperledger ou Ethereum) a élargi le champ des possibles en matière de décentralisation et de partage, et d’opportunités de bouscu- ler les modèles et les acteurs existants. Dans une première partie, l’article analyse les usages po- tentiels des blockchains dans le domaine de l’énergie. Une structuration est proposée selon quatre niveaux de dévelop- pement successifs. Dans une seconde partie nous traiterons un sujet, par- fois polémique, le lien entre énergie et blockchains, par la consommation électrique du minage. Enfin nous proposons une rapide analyse des verrous et des vulnérabilités ; le cas de l’énergie est complexe, et une technologie prometteuse mais encore immature ne pourrait que pâtir d’un déploiement hâtif et insuffisamment maîtrisé. RÉSUMÉ REE N°2/2018 Z 67 Panorama des applications des blockchains à l’énergie Les gens pourront se passer des acteurs traditionnels du secteur et agir par eux- même… »2 De nombreuses communautés lo- cales expriment leur intérêt pour des solutions décentralisées de production et de management d’énergie (projet Confluence à Lyon, avec Bouygues, Stratumn et Energism sur blockchain pri- vée IBM Hyperledger) et le sujet de la technologie blockchain dans le domaine de l’énergie devient un passage obligé de livres blancs et de prévisions de marché. En novembre 2016, environ 20 à 30 start-ups spécialisées sur le thème blockchain et énergie sont identifiées en Europe [Fortum, 2016], [EWF, 2016]. Les supporters de la technologie blockchain voient un potentiel de rup- ture dans le domaine de l’énergie. Ils établissent des analogies avec l’émer- gence de la distribution de musique numérique en pair à pair. Ils s’attendent à une explosion de la demande pour les services blockchain une fois que des applications seront disponibles. Selon eux, le lancement rapide des prototypes devrait tester la fonctionnalité de la tech- nologie et attirer une quantité suffisante 2 Alain Juppé, au Club de l’Economie du Monde, 18 mai 2016. d’utilisateurs pour atteindre rapidement une masse critique [DENA, 2016]. Des attentes sociétales Il est remarquable que cet objet, très technique, ait trouvé une audience aussi large en moins de six mois, entre fin 2015 et mi 2016. Cela tient certaine- ment aux perspectives qu’il offre en ma- tière de décentralisation et de partage, courant important aujourd’hui dans les sociétés développées, et de l’opportu- nité qu’il ouvre à de nouveaux entrants de bousculer les modèles et les acteurs existants. Les solutions décentralisées à base de blockchain, peu gourmandes en capitaux, ouvrent à de nouveaux entrants un domaine longtemps fermé à cause de sa technicité et de son inten- sité capitalistique, avec des possibilités de nouveaux modèles économiques. La technologie blockchain est ainsi décrite et perçue comme pouvant ren- forcer l’autonomie des autoconsomma- teurs d’énergie, et ce, dans un contexte de défiance latente vis-à-vis des tiers de confiance et des institutions en place, par exemple le gouvernement central, les grandes sociétés, dont les produc- teurs d’énergie. L’idée n’est pas seule- ment de devenir moins dépendant d’un fournisseur d’énergie, mais aussi de par- tager et d’échanger de l’électricité que l’on produit avec d’autres autoconsom- mateurs, sans intermédiaires. Toutefois, ce type de transaction fait encore face à des défis réglementaires et techniques et il requiert, quoi qu’il arrive, un réseau électrique global pour relier les pro- ducteurs et les consommateurs locaux [DENA, 2016]. La technologie blockchain pourrait aussi répondre à une demande crois- sante de visibilité, en permettant aux consommateurs d’accéder facilement à des informations pertinentes et fiables qui leur permettent de prendre des dé- cisions en matière de choix de fournis- seurs, de tarification, de gestion de leur consommation [DENA, 2016]. Enfin, l’essor des réseaux décentralisés offre l’opportunité aux collectivités locales de se réapproprier en partie la gestion de leur approvisionnement électrique, voire la définition de leur politique énergétique. Analyse des usages poten- tiels de la blockchain dans le domaine de l’énergie La figure 1 résume les usages poten- tiels les plus couramment étudiés, dans tous les domaines d’activité. Le terme « domaine de l’énergie » concerne ici la distribution, le stockage, Figure 1 : Carte des usages potentiels des blockchains (cas général). 68 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 les échanges d’énergie, dont l’électricité, la chaleur, les fluides et le gaz. D’après les travaux de [Swan, 2015], les usages prévisibles dans le domaine de l’éner- gie se structurent selon trois niveaux de développement successifs dits 1, 2 et 3, auxquels nous ajoutons une subdivision du niveau 1, le niveau 0. s ,ES USAGES ASSOCIÏS AU niveau 0 portent sur l’enregistrement de don- nées avec utilisation d’une block- chain comme registre (ledger). Les blockchains enregistrent des preuves d’échanges entre des usagers ou des moyens de production et de comp- tage. Elles n’ont pas un rôle véritable- ment actif tel que l’optimisation ; il est assuré par d’autres moyens informa- tiques. Les usages les plus matures et avancés sont à ce niveau. s ,Eniveau 1 se caractérise par le dé- ploiement de cryptomonnaies ou d’uni- tés de compte (tokenisation) comme alternative à d’autres systèmes de paie- ment. Dans le domaine de l’énergie, il correspond aussi à la création de cryp- tomonnaies dédiées au financement et à la promotion de moyens de produc- tion ou de stockage, ou de comporte- ments écoresponsables. A ce niveau les usages de la blockchain sont limités par plusieurs difficultés : la fiabilité de la conversion des crypto-monnaies en monnaies fiduciaires, la sécurisation des mesures physiques qui fondent la création ou le transfert de jetons (to- kens) : comptage de production d’éner- gie, mesure de CO2 émis ou évité… s ,E niveau 2 systématise l’utilisation de contrats auto-exécutables et per- met des transactions plus complexes entre deux parties. L’emploi de smart contracts permet d’effectuer des opé- rations comptables (régularisation, facturation) sur la base d’un comp- tage des flux d’énergie. Il permet aussi d’optimiser (et non plus seulement de tracer comme aux niveaux 0 et 1) un système de transaction entre plu- sieurs parties prenantes, avec un fort niveau de confiance. Les blockchains sont associées à des systèmes d’ana- lyse décisionnelle, éventuellement à base d’intelligence artificielle (IA), et des serveurs de données, les oracles. Dans le domaine de l’énergie, l’objec- tif est l’optimisation d’un ou plusieurs critères : part autoconsommée, coût de l’énergie, origine de l’énergie, sta- bilité des échanges entre microgrid et réseau, etc. Les données sur les- quelles les algorithmes vont calculer et/ou apprendre sont sécurisées, audi- tables, immuables ; tout comme les résultats de ces algorithmes. La block- chain commence à être expérimentée depuis 2017 pour des usages de ni- veau 2 : microgrids avec autoconsom- mation, isolés ou reliés à un réseau de distribution, mobilité électrique, plates-formes de production virtuelle, gestion de l’énergie (gaz, chaleur, élec- tricité) sur le cycle de vie d’un système ou d’un service. s ,E niveau 3 correspond aux DAO (Decentralized Autonomous Organi- sations). Ici une blockchain joue un rôle de régulateur pour une organisation et/ou communauté. La communauté peut inclure à la fois des personnes et des machines. Dans ce type d’appli- cations, une machine dans une usine pourrait par exemple déclencher une commande d’une de ses pièces en cas de panne, tout en vendant ses ser- vices sur la base de son utilisation. Les règles de gouvernance sont traduites en contrats et scripts exécutés sur la blockchain. La gouvernance est donc gérée automatiquement par des règles transparentes et immuables inscrites dans la blockchain, qui dispose aussi de capacités autoadaptatives. Les blockchains sont ainsi nécessairement associées à des systèmes d’analyse décisionnelle et des algorithmes d’in- telligence artificielle, avec des oracles assurant le stockage et le traitement de volumes parfois importants de données (Big Data). Certains usages sont communs à tout secteur industriel : ils concernent principalement les activités de support associées aux niveaux 0 et 1 (finance, gestion, comptabilité, assurance, etc.) ou des activités de production aux ni- veaux 1, 2, 3 (carnets de maintenance, preuve de conformité, logistique, traça- bilité, sécurité). Ces usages pourraient ainsi être supportés par des blockchains de consortium associant des entreprises de domaines divers. En ce qui concerne les usages spé- cifiques au domaine de l’énergie, à ce jour, il n’y a pas encore d’exemples d’utilisation de la blockchain ayant une valeur commerciale significative. Seules des expérimentations, plus ou moins limitées, sont faites. Ces expérimen- tations portent majoritairement sur la comptabilisation des flux d’électricité d’origine solaire entre particuliers (pair- à-pair) à l’échelle d’un quartier, pour tra- cer les échanges et l’origine de l’énergie. C’est le cas de l’expérimentation menée aux Etats-Unis à Brooklyn et en France dans le quartier Confluence de Lyon. Elles correspondent globalement au niveau 0, avec quelques fonctionnalités de niveau 2. Pour assurer de véritables fonctions de ce niveau, ce qui corres- pond à l’ambition affichée des projets actuels, il reste des progrès significatifs à faire en nombre de transactions par seconde, de passage à l’échelle (par exemple, pouvoir suivre un système de l’ordre de 100 points de consommation, ou plus), de modèles économiques ro- bustes et des preuves de disponibilité et de cybersécurité. Un lien fondamental entre énergie et blockchains publiques : le minage La sécurité des blockchains publiques repose sur le minage par preuve de tra- vail (PoW) ou preuve d’enjeu (PoS), REE N°2/2018 Z 69 Panorama des applications des blockchains à l’énergie procédé par lequel les transactions sont sécurisées (pour plus de détails, on se reportera à l’article d’Eric Théa). L’exécution de ces calculs, en parti- culier la PoW, est une activité fortement consommatrice de ressources informa- tiques et donc d’énergie. Du point de vue d’un mineur, tout se passe comme si on stockait et déplaçait des « unités de compte d’énergie » sous forme de jetons produits par calcul cryptogra- phique. Par exemple, pour récompen- ser de leurs services et compenser l’énergie consommée, les propriétaires des nœuds de validation (mineurs) col- lectent les unités de compte éventuelle- ment créées lors de l’insertion d’un bloc nouveau, ainsi que les frais des transac- tions qu’ils confirment. Actuellement, dans le réseau Bitcoin cette récom- pense est de 12,5 bitcoins par bloc. Elle est divisée par deux tous les quatre ans environ. Cette activité énergivore a suscité une série d’articles alarmistes. L’analyse faite par [Diginomist, 2018] estime que la consommation d’électricité du Bitcoin augmentera de façon exponentielle dans les années à venir. Selon elle, en décembre 2017, la consommation du seul réseau Bitcoin (« BTC ») serait de 24 TWh par an, qui correspond à une puissance installée de 2 740 MW. Elle était alors comparable à celle du Nigeria qui est de 2 300 MW3,4 . D’autres sources observent que la quantité d’énergie consommée par Bitcoin et Ethereum5 a explosé en sept ans, passant pratique- ment de zéro en 2010 à 19,2 TWh à mi 2017 (ce qui correspond à l’énergie produite par l’Islande ou Porto Rico)6 . Elles en déduisent par extrapolation que cette blockchain consommera en 2020 plus que l’Allemagne en 2015 (environ 650 TWh). 3 Ce chiffre est lui-même imprécis, Le Nigeria n’est pas énergivore (sa consommation par habitant est inférieure à la moyenne africaine. Source Wikipédia). 4 The ‘utopian’ currency Bitcoin is a potential- ly catastrophic energy guzzler, 11 December 2017 - Reuters. 5 Noter qu’Ethereum consomme environ 40 fois moins que Bitcoin (estimation EDF R&D). 6 The Independent, http://www.independent. co.uk/environment/global-warming-data-cen- tres-to-consume-three-times-as-much-energy- in-next-decade-experts-warn-a6830086.html et Prof. Ian Bitterlin, http://www.independent.co.uk/ environment/global-warming-data-centres-to- consume-three-times-as-much-energy-in-next- decade-experts-warn-a6830086.html Ces estimations et extrapolations doivent être nuancées : s ELLES NE CONCERNENT QUE LES BLOCK- chains publiques avec protocoles in- tensifs en calcul (PoW) ; s LES COMPARAISONS AVEC LES CONSOM- mations par pays sont parfois discu- tables7 ; s ILNYAPASDESTIMATIONAISÏEETPRÏ- cise de cette consommation. Ainsi, pour ses estimations, l’étude [Diginomist, 2018] fonde son calcul sur la puissance de calcul cryptographique, le Hashrate (GH/s) et le cours du bitcoin (BTC)8 . Elle suppose que lorsque le cours du bitcoin augmente, le nombre de fermes de minage aussi. Cette hy- pothèse n’est pas prouvée, pour des raisons de délais de construction de ser- veurs nouveaux. En effet, les serveurs anciens, devenus obsolètes, ne sont pas réactivés après une période de baisse des cours. Elle ne semble pas non plus 7 Cf. comparaison des valeurs du Nigeria entre Wikipédia et Ambassade de France. Écart entre puissance électrique installée et réel- lement disponible, confusion dans certains articles entre énergie et électricité, etc… 8 Bitcoin Energy Consumption Index. https:// digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption Figure 2 : Estimation de la consommation globale du Bitcoin [Hileman, 2017]. 70 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 prendre en compte la diminution régu- lière de la puissance électrique requise par GH/s, causée par la loi de Moore. Or l’estimation est très sensible à la réparti- tion entre les types de matériels et aux écarts de génération. L’écart de perfor- mance entre un matériel standard et un matériel dédié, tous deux à état de l’art, est de l’ordre de 100 à 1 000. La pré- sence d’une fraction de matériel dédié de dernière génération change de façon significative la consommation d’énergie d’une blockchain publique à preuve de travail. Dans cet article, nous estimons, sur la base des travaux de O’Dwyer et Delahaye – qui considèrent que seules des fermes de minage équipées de hardware de dernière génération sont rentables et fonctionnent durablement à une date donnée – que la consom- mation globale pour le Bitcoin serait de 500 MW à 1 GW max, soit 4 à 9 TWh annuels. Une étude de l’université de Cambridge menée mi 2017 estime la consommation globale encore plus faible, de l’ordre de 200 MW [Hileman, 2017]. De plus, cette consommation d’éner- gie est à mettre en perspective avec la hausse globale des besoins en énergie des nouvelles technologies de l’infor- mation et de la communication (NTIC) dont une partie significative supporte les activités bancaires. Il est intéres- sant de comparer cette consommation à celle de l’écosystème des NTIC dans son ensemble. La start-up Envion9 estime cette consommation à environ 1 500 TWh d’électricité par an soit près de 10 % de l’électricité produite dans le monde et à peu près la puissance cumulée de l’Allemagne et du Japon en 201610 . Le Bitcoin ne représenterait que 1 % de l’énergie consommée pour sup- porter les NTIC. 9 Envion Whitepaper, revised 2017-12-14. 10 The Cloud begins with Coal“, Digital Power Group, 2013. Ce rapport a été parrainé par la National Mining Association des États-Unis. « L’informatique « dans les nuages » représente à elle seule 416 TWh, soit à peu près l’empreinte carbone de toute l’industrie aéronautique, et elle croît ra- pidement: le cloud computing (NDLR : infonuagique) double sa consommation d’énergie tous les quatre ans. D’ici 2030, il pourrait atteindre 1 400 TWh par an et dépasser la Chine et les États-Unis, les plus gros consommateurs d’électricité du monde. L’application avec la plus forte croissance dans le cloud computing est l’extraction de cryptomonnaies » 11 . Selon l’étude de Mc Cook, l’impact CO2 du minage est de 0,6 Mt en 2014. Il est très inférieur à celui des recherches sur Internet (36 Mt) et à celui des envois d’e-mails à l’échelle de la planète qui se- rait, sur la base des données disponibles sur le site Consoglobe, supérieur à 1 Mt. Enfin, cette consommation est in- téressante à comparer avec d’autres consommations du système financier (selon une étude de Mc Cook de 2014) : s SYSTÒME BANCAIRE YC $!"   '7 soit 648 TWh par an ; s PRODUCTIONDEPAPIERMONNAIEETDOR 16 GW soit 140 TWh par an ; s RÏSEAU MONDIAL DES DISTRIBUTEURS DE billets : environ 700 MW soit 6 TWh par an. Le véritable point faible des block- chains publiques à preuve de travail n’est pas en fait pas la consommation globale, mais la consommation par transaction (Ptx). Il serait intéressant de comparer la consommation des deux millions de comptes en cryptomonnaies avec celle d’un système tel que VISA (environ 200 ktr/s et 2,5 milliards de cartes de cré- dit). La consommation par transaction dépend du taux de transaction (Tx) et de la consommation d’énergie de la block- chain. En ce qui concerne la consomma- tion pour créer un bitcoin, en supposant un taux de création de 12,5 BTC par bloc (valeur en 2017) et 1 bloc toutes 11 Envion Whitepaper, revised 2017-12-14. les 10 mn, il faut 3 200 kWh pour créer 1 BTC. Avec une estimation basse de puissance globale de 500 MW et entre 1 000 et 2 000 transactions par bloc12 , l’énergie par transaction est de l’ordre de 125 à 250 Wh/tr. Selon les estimations, la blockchain Ethereum publique est en- viron 20 à 40 fois moins énergivore que la blockchain Bitcoin. Discussion : verrous et vulnérabilités Par rapport à d’autres domaines, le cas de l’énergie est complexe. Les ques- tions posées par la qualité d’exécution des transactions sont plus complexes que pour des paris, des transactions fi- nancières ou des chaînes logistiques, no- tamment pour des questions de vitesse, dès que des services d’optimisation sont attendus. Par exemple, en 2017, le sys- tème interbancaire est habitué à fonc- tionner avec des transactions traitées en quelques heures ou quelques jours. Dans le cas de l’énergie, pour les usages de niveau 2, avec un objectif d’optimi- sation, une transaction peut avoir à être traitée en quelques minutes, voire en quelques secondes. Les usages dans l’énergie présentent aussi des exigences de disponibilité et de sécurité importantes. Des risques spécifiques sont dus au couplage entre énergie et numérique. Les consé- quences de retards de transaction à des niveaux d’usage 2 ou 3 entraînent une perte de performance énergétique, voire des instabilités du microgrid et des blackouts locaux. Nous pouvons classer les vulnérabili- tés d’un système à bas niveau de block- chain en cinq types : s vulnérabilités du réseau. Les attaques par déni de service, la prise de contrôle des nœuds, la clusterisation du réseau pour faciliter la prise de contrôle de 12 blockchain info : https://blockchain.info/ charts/n-transactions-per-block, REE N°2/2018 Z 71 Panorama des applications des blockchains à l’énergie la blockchain sont des attaques bien identifiées dont les techniques décen- tralisées doivent se prémunir ; s vulnérabilités sur la liaison entre couches physiques. Par exemple entre des capteurs, ou des compteurs, et la blockchain. Un capteur défaillant peut fournir une donnée erronée qui aura des répercussions sur tout le système (par exemple mauvaise facturation ou mau- vaise prise de décision par le système). A noter que ce point est général à tous les systèmes cyber-physiques. Il est ici potentiellement aggravé par le rôle de tiers de confiance des blockchains et le manque fréquent de preuves de la capacité des smart contracts à gérer des défaillances d’oracles ; s Vulnérabilité des smart contracts. Ce problème est lié au manque d’ou- tils pour la vérification systématique du code exécuté dans la blockchain. Plusieurs bugs et vulnérabilités de l’environnement d’exécution ont déjà été exploités pour dérober ou détour- ner des unités de compte et des cryp- tomonnaies. Cette vulnérabilité se retrouve dans tous les logiciels, la rela- tive nouveauté des développements blockchain la rend simplement plus forte à court terme ; s Vulnérabilité des portefeuilles de tokens. Un portefeuille est identifié par un couple clé-privé/clé-publique. On peut accéder au contenu d’un por- tefeuille (wallet) avec une clé privée qui peut-être volée par des techniques classiques de phishing. La perte d’une clé privée empêche un propriétaire d’accéder à son portefeuille. Les condi- tions d‘utilisation actuelle des wallets ne permettent pas auprès du grand public une diffusion facile et sans prise de risque ; s Vulnérabilité de la communauté qui gère une blockchain. Il s’agit ici du risque d’attaques sociales visant à causer des dissensions dans une com- munauté de développeurs, concrétisée par des forks et la perte de crédibilité d’une blockchain et donc de sa valeur. Dans le cas des cryptomonnaies et des levées de fonds initiales (ICO), cette situation est aggravée par l’enjeu finan- cier associé. Il faut cependant noter que les communautés Bitcoin et Ethereum ont maintenu une relativement bonne cohésion en dépit des vagues de spé- culation successives. Les quatre premiers types de vulné- rabilités sont principalement techniques et seront détaillés dans l’article consacré à la cybersécurité (article de Wafa Ben Jaballah et al.). Pour le cinquième il reste à inventer des formes de gouvernance adaptées à un système technique décen- tralisé. Lorsque des communautés fonc- tionnent en consortium ou de manière décentralisée, cela induit des problèmes spécifiques. Par exemple, une commu- nauté d’autoconsommateurs formée par les habitants d’un quartier peut parve- nir à des modes de gouvernance satis- faisants lors du démarrage du système énergétique local. Cependant, au fil du temps, ces modes peuvent devenir ina- daptés à l’évolution de la démographie de la communauté. Les possibilités de fork d’une blockchain peuvent créer des situations complexes, au détriment d’une gestion locale optimisée de l’énergie. Un exemple intéressant à observer est la résilience dans la durée de la commu- nauté Bitcoin, soumise à des vagues de spéculation, des annonces de fork, des menaces étatiques, des attaques média- tiques, etc. Les travaux actuels montrent que l’on peut faire tourner des blockchains sur des systèmes de transaction réduits ou des éléments de système. La question est de passer à l’échelle (par exemple de 4 maisons à 50, 500, 10 000 mai- sons…, de 1 heure à 1 minute, voire 10 secondes..) et de prouver une dis- ponibilité, une sécurité et une perfor- mance économique au moins aussi bonne que d’autres solutions, en par- ticulier avec des architectures centrali- sées. Tout cela ouvre des perspectives de R&D très intéressantes, car tout reste à faire et les possibilités d’innovation sont nombreuses… Questions non techniques En ce début d’année 2018, on ob- serve de nombreuses expérimentations, mais la question est quand, comment et pourquoi passer à la commercialisation ? Pour les niveaux 0 et 1, il s’agit sou- vent de mettre en place un modèle économique où l’acteur qui fournit déjà des services dans le domaine de l’éner- gie complète son offre par des services à valeur ajoutée utilisant la blockchain. Sans doute, des modèles économiques nouveaux sont à inventer, en particulier pour les niveaux 2 et 3, d’autres sont à adapter. La comparaison des coûts d’investissement et d’exploitation d’un système décentralisé par rapport à un système de plate-forme centralisée est un sujet crucial. Certains bénéfices de systèmes à base de blockchain seront difficiles à monétiser. Par exemple, comment valoriser les possibilités apportées par la décentralisation des données indivi- duelles ? Il est ainsi envisageable que l’utilisateur soit « propriétaire » de sa courbe de charge et puisse autoriser et tracer au cas par cas l’utilisation par des fournisseurs de services énergétiques. Cette possibilité répondrait aux critiques faites aux GAFA concernant le manque de transparence lié à la commerciali- sation et la monétisation des données personnelles. La question de la technologie à utiliser est ouverte. Avec un réseau public comme Ethereum, le fournisseur de services doit utiliser un registre public comme tiers de confiance distribué et faire traiter toutes les transactions de l’application dans le réseau. Le coût est difficile à estimer car la valorisation des cryptomonnaies n’est pas stable. De plus, se posent des questions 72 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 de confidentialité des données dans un réseau public. La solution des blockchains de consortium semble donc prévaloir pour des usages commerciaux. Une pre- mière idée est d’employer une block- chain dédiée à l’énergie, où différentes applications peuvent tourner entre des acteurs authentifiés. On peut citer l’ini- tiative Energy Web Foundation qui réu- nit dans son écosystème une dizaine de fournisseurs d’énergie [EWF, 2017]. Néanmoins, il serait préférable, pour rester dans un esprit de construction de la confiance par la décentralisation et la diversité des intérêts, de fédérer des acteurs diversifiés, qui couvrent dif- férents aspects de la chaîne de valeur, en incluant des utilisateurs finaux ou leurs représentants. Ces consortiums ou ces communautés devront émerger selon des règles à définir. Il est vraisem- blable qu’à l’avenir plusieurs blockchains coexisteront et échangeront ponctuelle- ment par des systèmes de sidechains. Conclusion La blockchain, combinaison astucieuse de techniques connues et éprouvées individuellement parfois depuis long- temps [Systematic, 2017], émerge dans un contexte favorable. La question est d’estimer dans quelle mesure et à quelle date ses limitations techniques pourront être dépassées grâce à l’investissement financier et intellectuel qui y est consacré actuellement. Dans l’énergie, au-delà du minage de blockchains publiques à preuves de travail, l’emploi de la technologie block- chain, pour avoir une utilité technique et commerciale, doit encore faire l’objet de travaux de R&D significatifs. Au-delà des développements liés à la techno- logie (vitesse des transactions, sécurité des contrats et des comptes, protection des données, etc.), un effort important doit être mis sur la simulation d’un sys- tème à base de blockchain, pour son dimensionnement et l’étude de sa sécu- rité et de sa disponibilité en situations dégradées (cf. par exemple [Abdellatif, Brousmiche, 2018]). Il est important d’éviter que le déploiement hâtif et insuf- fisamment maîtrisé d’une technologie encore immature ne cause des expé- riences négatives. En effet, en dehors d’un réseau assez restreint d’initiateurs, il n’y a pas de demande massive du grand public pour cette technologie. Des évè- nements de blackout sur des quartiers ou des territoires, dus à des bugs ou de la malveillance, pourraient avoir des conséquences catastrophiques pour son avenir. Il s’agit aussi d’identifier comment des services d’oracles peuvent se mettre en place pour assurer la continuité de la chaîne de confiance de la couche phy- sique à la blockchain. Enfin les modali- tés d’une gouvernance fiable dans une longue durée d’un système socio-cyber- physique à base de blockchain sont à inventer et expérimenter. Références s ;!BDELLATIF "ROUSMICHE = &ORMAL verification of smart contracts based on users and blockchain behaviors models. Tesnim Abdellatif, EDF, Kei-Leo Brousmiche, IRT SystemX. blockchain workshop IFIP NTMS 2018. s ;$ELAHAYE =$U"ITCOINÌ%THEREUM l’ordinateur-monde, Pour la science, novembre 2016, pp. 104-109. Jean-Paul Delahaye, Cristal, UMR CNRS 9189. s ;$ELAHAYE = ,ES BLOCKCHAINS clefs d’un nouveau monde, Jean-Paul Delahaye, Pour la science, mars 2015, pp. 80-85. s ;$ELEUZE =5SAGESDELABLOCKCHAIN dans le domaine de l’énergie : actions de R&D partenariale EDF Lab - SystemX. Tesnim Abdellatif, Gilles Deleuze et François Stephan. Revue TELECOM n°187 s ;$%.! =BLOCKCHAININTHEENERGY transition. A survey among decision- makers in the German energy industry. LES AUTEURS Gilles Deleuze possède un diplô- mé d’Ingénieur de l’ENSTA (École nationale supérieure de techniques avancées), et un DESS en gestion de l’innovation (Université Paris IX Dau- phine-INSTN). Il est actuellement chercheur senior et chef de pro- jet blockchain à la R&D d’EDF. Ses domaines d’expertise sont l’analyse des risques et la sûreté de fonction- nement des systèmes numériques. Il a travaillé auparavant à Thales en tant que chef de groupe sur la fia- bilité des composants électroniques, l’utilisation de composants bas coût dans les systèmes critiques (COTS). Il est titulaire de deux brevets relatifs à l’architecture de systèmes critiques. Il intervient comme formateur dans plusieurs écoles d’ingénieurs (EN- SEM, ENSAM, SupElec, UTT). Sara Tucci dirige actuellement le Laboratoire Systèmes information de confiance, intelligents, auto-or- ganisants (LICIA) au CEA List. Titu- laire d’un Master of Science puis d’un PhD en Computer Engineering à l’université La Sapienza de Rome, elle a rejoint le CEA List en 2009 en tant qu’ingénieur de recherches dans le domaine de l’architecture des systèmes embarqués distribués. En 2015, elle devient responsable programmes du département Sys- tem et Software Engineering où elle crée une équipe spécialisée sur la blockchain, devenue en 2017 le LICIA dont elle prend la responsabi- lité. Elle est l’auteur de nombreuses publications. REE N°2/2018 Z 73 Panorama des applications des blockchains à l’énergie DENA German Energy Agency, November 2016. s ;$IGINOMIST =https://digiconomist. net/bitcoin-energy-consumption Accessed february 2018 s ;%7& =4HE%NERGY7EB&OUNDATION EWF Information Day. December 1st , 2016, San Francisco, CA. s ;%7& = 4HE %NERGY 7EB &OUN
dation — Overview Presentation. EWF Information Day. January 10, 2017, Frankfurt, Germany. s ;(ILEMAN ='LOBAL#RYPTOCURRENCY Benchmarking. Dr Garrick Hileman & Michel Rauchs, 2017. Cambridge Centre for Alternative Finance. University of Cambridge. Lien fevrier 2018: https:// www.jbs.cam.ac.uk/fileadmin/user_ upload/research/centres/alternative- finance/downloads/2017-global- cryptocurrency-benchmarking-study.pdf s ;(ORTA ET al., 2016] Novel paradigms for advanced distribution grid energy management. José Horta, Daniel Kofman, David Menga. février 2016. Département Informatique et Réseaux. Groupe RMS : Réseaux, Mobilité et Services, Télécom ParisTech. s ;+ASTELEIN =3OLARCOINn#OMBINING Sustainabilityandtheblockchain[Online]. blockchain News. 5 mars 2016. http:// www.the-blockchain.com/2016/03/05/ solarcoin-combining-sustainability-and- the-blockchain/ [Accessed 18 Dec 2016]. s ;,AMPORT ET al., 1982] The Byzantine Generals Problem. Leslie Lamport, Robert Shostak, And Marshall Pease. SRI International (1982). s ;-C#OOK = ! CRITICAL ASSESSMENT of the Bitcoin mining industry, gold production industry, the legacy banking system, and the production of physical currency. Hass McCook. 2nd %DITION n July 15 2014. Téléchargé le 10 mai 2017. s ;/$WYER ="ITCOIN-ININGANDITS Energy Footprint. Karl J. O’Dwyer, David Malone. Hamilton Institute, National University of Ireland Maynooth. ISSC 2014 / CIICT 2014, Limerick, June 26-27. s ;3WAN =BLOCKCHAIN"LUEPRINTFORA New Economy, O’Reilly Media. s ;3YSTEMATIC =7HITE0APERBLOCK
chain: Myth or Reality? Livre Blanc Systematic, 2017. Publication director: Jean-PierreTual.http://systematic-paris- region.org/fr/actualites/telechargez-le- livre-blanc-blockchain. Accessed in June 2017.